Mecanismos epigeneticos da regulacao genica
Alteracao da expressao genica sem alteracoes na sequencia de DNA
alteracoes epigeneticas que afetam propriedades de pigmentacao
permanecem apos a meiose x nao permanecem apos a meiose
Mudancas epigeneneticas tipicas das plantas: tiipicamente apagadas na meiose
PGTS (post-transcriptional gene silencing mechanisms):
primeiramente descoberto em plantas
Primeiro gene regulatorio para PGTS foi descoberto em Neurospora
PGTS: um poderoso meio para manipular a expressao em sistemas animais::RNAi
PGTS: mais conhecido em Drosophila e levedura (Saccharomyces)
Plantas usam as mudancas epigeneticas para se adaptar a mudancas genomicas
ambientais::flexibilidade
Essa flexibilidade: provavel bae para a reprogramacao dos estagios de desenvolvimento que permitem uma celula somatica a ser propagada e regenerada em uma
planta
Mecanismo epigenetico 1: imprinting
Imprinting: a expressao de certos alelos edifere dependendo da origem do gameta
Exs: mamiferos, fungos e plantas
endosperma triploide de sementes milho:
exigem a transmissao paterna para garantir o desenvolvimento do endosperma
alelos r (red):
bom nivel de expressao quando
transmitito pelo ovulo ::cor solida da semente
baixo nivel de expressao quando
transmitido pelo polem ::cor variegada:
Mecanismo epigenetico 2: paramutacao
Interacao alelica: a expressao de um alelo em um heterozigoto e alterada na
presenca deAlelo
outro;B(booster):
herdavel atraves
da meioseforte; B’: pigmentacao fraca
B-I: pigmentacao
B-I: mesmo gene: heterozigot transmite somente o alelo B’
B’: transcricao 10-20 vezes menor
Alelo Pl; forte pigmentacao das anteras;
Pl’: cor variegada
PI e P’: mesmo gene: heterozigoto transmite somente o alelo P’
Mecanismo epigenetico 3: silenciamento
Deteccao; plantas trangenicas; Arabidopsis, Petunia e tabaco
Repeticao da presenca de genes :::: silenciamento de outras sequencias
Silenciamento em cis; silenciamento em trans
Estrutura ou organizacao do cromossoma como causa do silenciamento
Petunia mutata: sem cor: introducao gene A1 do milho: copia simples: pigmentada
Mas, uma unica copia A1: transcricao silenciada: perda do pigmento: variegado: o
gene silenciado
gene silenciado A1 pode induzir silenciamento epigenetico de outro gene A1 novo,
somente quando esse gene A1 expresso ‘e inserido proximo do primeiro.
Mecanismo epigenetico 4: co-supressao
Transgene pode induzir o silenciamento de um gene endogeno e homologo:fig.7.54
Experiencia da sobre-expressao da chalcone sintase
Co-supressao nao leva a uma mudanca herdavel geneticamente: atividade
endogena e restabelecida quando ocorre a segregacao do transgene
Silenciamento de viroides: enxerto de planta contaminada por um virus em
outra planta contaminada com outro virus; silenciamento de outro virus: transmiss’ao
do sinal por toda a planta: efeito a nivel postranscripcional.
Mecanismos da variacao epigenetica: metilacao do DNA
Mudancas no posicionamento do nucleossoma
Mudancas no empacotamento dos nucleossomas
Modificacoes covalente do nucleossoma
Metilacao: mecanismo mais connhecido
DNA-metil transferase; preferencia pelo motivo CpG ou Cp
Metilacao: mecanismos para garantir a heranca mitotica ou meiotica de
padroes especifico de metilacao.
TGA (transcriptional gene silencing) pela metilacao: afeta a transcricao
ddm1: afeta o reconhecimento da metilacao
met1: afeta a metilacao
mom1: TGS independente da metilacao
PTGA (post-transcriptional gene silencing) pela metilacao: nao afeta a transcricao
Eventos epigeneticos na poliploidizacao
(70% angiosperma; 95% pteridofitas)
Diferencas no numero de cormossomas
ou organiza;ao
podem romper o pareamento e distribuicao
: duplicacao dos cromossomas
Duplicacao
genica
Inicio da formacao de um poliploide: “choque”:
- silenciamento genes duplicados;
- reduzir “infidelidade” cromossomal
Hibrido
F1
Duplicacao
genica
Autopoliploide
Alopoliploide
Autopoliploidia; oportunidade para alterar a expressao genica (silenciamento), e criar um tampao contra o efeito de mutacoes deleterias
Vantagens dos alopoliploides: manter a natureza h[ibrida indefinidamente
Mudancas durante o estabelecimento da um autopoliploide; eliminacao de sequencias de DNA, expansao heterocromatina, rnslocacao
reciproca de segmentos de cromossomas: ajudam diferenciar os cromossomas homologos dos homeologos
Silenciamento nos alopoliploides: metilacao: uso do aza-dC
Modelo explicativo do silenciamento em poliploides
Causas potencias da origem da variabilidade em poliploides
DNA metilado: proteinas ligantes ao DNA metilado
enzimas modificadoras das histonas
fatores remodeladores da cromatina
formacao da heterocromatina
Mecanismo da paramutacao;
Mecanismo 2
Mecanismo 1
Promotor 1
Promotor 2
RNA
aberrante
Interacao dos cromossomas
Transferencia direta de elementos
da cromatina
Sinal difusivel: RNA
Citosinas metiladas podem ser mantidas na replicacao
Mutantes com alteracoes no mecanismo epigenetico da regulacao genica
Milho: mop1: mediator of paramutation 1: bloqueia a paramutacao do gene B e
de outros pigmentos
Arabidopsis: o caso dos genes PAI:
sintese triptofano:
so 2genes, em 2 cromos.
ambos genes PAI tornam-se entao metilados
Introducao de novos genes PAI nao metilados
tornam-se metilados
PAI: Phosphoribosilanathranilate isomerase
Estrategia de selecao de mutacoes que afetam as mudancas epigeneticas em PAI
Reacao catalizada pela enzima PAI
[intermediario fluorescente]
……….
Planta transgenica
utilizado na
selecao genetica
X
10 mutante
isolado
Triptofano
20 mutante
isolado
Unica sequencia PAI que
pode ser expressa no
cromossoma 1 foi mutada
Met1 e CMT3: codificam para
duas diferentes
metil-transferases deDNA
Nivel de metilacao = reostato
controle do nivel de
expressao genica
metilacoes
reducao na
fluorescencia
metilacao
Selecao de mutacoes que afetam o controle das alteracoes epigeneticas
ddm1: mutacao no gene (SNW/SNF2) para o fator de remodelacao da cromatina;
Mamiferos mudancas na estrutura da cromatina devem anteceder a metilacao
Sem fenotipo visivel; autofecundacao: progenia anormal::desestabilizacao da
programacao epigenetica
paradoxo? reduzido nivel de metilacao :: nova metilacao e silenciamento de genes que sao
normalmente expressos e nao metilados (SUPERMAN): flores anormais
Plantas antisenso para MET1;
reducao em 30% no nivel de metilacao
Hipermetilacao
do gene SUPERMAN
e do gene AG
Hipermetilacao
do gene SUPERMAN
Problema para a obtencao de plantas transgenicas: - subito silenciamento do transgenes
1a defesa para superar este problema: selecionar planta transgenica com copia unica
Genes do florescimento precoce: genes silenciadores epigeneticos ou repressores epigeneticos
Genes do florescimento precoce: genes de proteinas associadas a cromatina
Mutantes tfl2, emf, : florescem precocemente, florescem sob DC, flor terminal,
proteinas de reserva da semente sao expressas antes
35S:TFL1
4 sepalas
nova influorescencia
35S:EMF1 + DL
duas folhas caulinares
flor terminal (2 siliquas)
novo broto terminal
35S:EMF1 + DC
flores e brotos
originados na mesma
regiao
Importancia da remodelagem da cromatina no controle da expressao genica
e dos processos de desenvolvimento
Pouco compeendido como esses fatores de remodelagem da cromatina funcionam em plantas
Fatores epigeneticos controlando o desenvolvimento da semente
Box 1. A guide to 21–25nt RNAs.
Short interfering (si)RNA
Double stranded with 3 overhangs of two nucleotides
Perfectly complementary to target RNA
Directs endonucleolytic cleavage
Precursor:
Perfect or nearly perfect RNA duplex
Chromosomal or cytoplasmic
25 base pairs in length
Micro (mi)RNA
Single stranded
Partially complementary to target RNA
Unknown mechanism of action
Often conserved between species or even across phyla
Precursor:
Bulged, partially double-stranded RNA
Chromosomal (IGR)
70 nucleotides in length
Short temporal (st)RNA
Single stranded
Partially complementary to target RNA
Inhibits translation initiation
Highly conserved between species and across phyla
Precursor:
Bulged, partially double-stranded RNA
Chromosomal (IGR)
70 nucleotides in length